(57)【要約】処理装置は、プラズマを収容し、電気絶縁体を備える主要本体部分を有する、プラズマチャンバと、該プラズマチャンバの引き出し側面に沿って配置され、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、引き出しプレートと、前記プラズマチャンバの外側に配置され、前記引き出しアパーチャに隣接し、接地電位にある、基板ステージと、前記引き出しプレートに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、前記引き出しプレートにおいて、接地電位に対して正の直流自己バイアス電圧を定める、RF発生器と、を含んでもよい。
2019519064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを収容し、電気絶縁体を備える主要本体部分を有する、プラズマチャンバと、
該プラズマチャンバの引き出し側面に沿って配置され、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、引き出しプレートと、
前記プラズマチャンバの外側に配置され、前記引き出しアパーチャに隣接し、接地電位にある、基板ステージと、
前記引き出しプレートに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、前記引き出しプレートにおいて、接地電位に対して正の直流自己バイアス電圧を定める、RF発生器と、を備える処理装置。
【請求項２】
前記RF発生器はバイアスRF発生器を備え、
前記処理装置は、さらに、
前記プラズマチャンバに隣接して配置される、RFアンテナと、
該RFアンテナに、直接、連結される、誘導結合ｘプラズマ（ICP）マッチングネットワークと、
該ICPマッチングネットワークに連結される、ICP RF発生器と、
前記バイアスRF発生器と前記引き出しプレートとの間に電気的に連結される、バイアスマッチングネットワークと、を備える、請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記処理装置は、さらに、
前記RF発生器、前記引き出しプレート、及び、前記プラズマチャンバに隣接するRFアンテナに連結される、デュアル出力マッチングネットワークを備え、
前記RF発生器は、前記プラズマチャンバの中で前記プラズマを発生し、前記引き出しプレートにおいて、RF電圧を発生する、請求項１記載の処理装置。
【請求項４】
前記処理装置は、さらに、
前記引き出しプレートと前記基板ステージとの間に配置され、導電材料を備え、接地電位に連結され、さらに、接地プレートアパーチャを備える、接地プレートを備え、
前記引き出しアパーチャ及び前記接地プレートアパーチャは、前記プラズマと前記基板ステージとの間の視線を提供する、請求項１記載の処理装置。
【請求項５】
前記RF発生器はバイアスRF発生器を備え、
前記処理装置は、さらに、
前記プラズマチャンバに隣接して配置される、RFアンテナと、
該RFアンテナに、直接、連結される、誘導結合ｘプラズマ（ICP）マッチングネットワークと、
該ICPマッチングネットワークに連結される、ICP RF発生器と、
前記バイアスRF発生器と前記引き出しプレートとの間に電気的に連結される、バイアスマッチングネットワークと、を備える、請求項４記載の処理装置。
【請求項６】
前記処理装置は、さらに、
前記RF発生器、前記引き出しプレート、及び、前記プラズマチャンバに隣接するRFアンテナに連結される、デュアル出力マッチングネットワークを備え、
前記RF発生器は、前記プラズマチャンバの中で前記プラズマを発生し、前記引き出しプレートにおいて、RF電圧を発生する、請求項４記載の処理装置。
【請求項７】
前記引き出しアパーチャは、第１の長軸を有する第１の細長いアパーチャを備え、前記接地プレートアパーチャは、前記第１の長軸に平行に並ぶ第２の長軸を有する第２の細長いアパーチャを備え、前記引き出しアパーチャは、前記第１の長軸に垂直な短軸に沿って第１の高さを備え、前記接地プレートアパーチャは、前記第１の高さより低い前記短軸に沿う第２の高さを備える、請求項４記載の処理装置。
【請求項８】
前記基板ステージは、前記引き出しプレートに平行である基板平面を画定し、該基板平面と前記引き出しプレートとの間の分離は１ｃｍより小さい、請求項１記載の処理装置。
【請求項９】
前記プラズマチャンバの前記引き出し側面は、さらに、前記引き出しプレートの周りに配置される非導電部分を備える、請求項１記載の処理装置。
【請求項１０】
前記RF発生器は、前記引き出しプレートにおいて、２MHzから６０MHzの周波数を有するRF電圧信号を発生する回路を備え、該RF電圧信号は、正の部分及び負の部分を有する波形を備え、電子は、前記負の部分の間に、前記引き出しアパーチャを通って引き出され、前記基板ステージへ向けられる、請求項１記載の処理装置。
【請求項１１】
電気絶縁体を備える主要本体部分を有するプラズマチャンバを提供するステップと、
前記プラズマチャンバの中にプラズマを発生するステップと、
前記プラズマチャンバの引き出し側面に沿って引き出しプレートを提供するステップであって、該引き出しプレートは、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、ステップと、
基板を保持する基板ステージを、前記プラズマチャンバの外側で、前記引き出しアパーチャに隣接して、配置するステップであって、前記基板ステージは接地電位にある、ステップと、
RF電圧を前記引き出しプレートにおいて生成するステップと、を有し、
前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、接地電位に対して、前記引き出しプレートにおいて、正の直流自己バイアス電圧を定め、該正の直流自己バイアス電圧に比例するイオンエネルギーを有するイオンビームを、前記基板へ向ける、基板を処理する方法。
【請求項１２】
接地プレートを、前記引き出しアパーチャと前記基板ステージとの間に配置するステップを、さらに、有し、
前記接地プレートは、導電材料を備え、接地電位に連結され、前記接地プレートは、さらに、接地プレートアパーチャを備え、前記引き出しアパーチャ及び前記接地プレートアパーチャは、前記プラズマと前記基板ステージとの間の視線を提供する、請求項１１記載の基板を処理する方法。
【請求項１３】
第１の長軸を有する第１の細長いアパーチャとして前記引き出しアパーチャを提供するステップと、
前記第１の長軸に平行に並ぶ第２の長軸を有する第２の細長いアパーチャとして前記接地プレートアパーチャを提供するステップと、をさらに有し、
前記引き出しアパーチャは、前記第１の長軸に垂直な短軸に沿って第１の高さを備え、前記接地プレートアパーチャは、前記第１の高さより低い前記短軸に沿う第２の高さを備える、請求項１２記載の基板を処理する方法。
【請求項１４】
前記引き出しプレートから１ｃｍより小さい分離で、接地プレートを有するように、該接地プレートを配置するステップを、さらに有する、請求項１２記載の基板を処理する方法。
【請求項１５】
電気絶縁体を備える主要本体部分を有する、プラズマチャンバと、
該プラズマチャンバに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中にプラズマを発生する、第１のRF発生器と、
前記プラズマチャンバの引き出し側面に沿って配置され、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、引き出しプレートと、
前記プラズマチャンバの外側に配置され、前記引き出しアパーチャに隣接し、接地電位にある、基板ステージと、
前記引き出しプレートと前記基板ステージとの間に配置され、導電材料を備え、接地電位に連結され、さらに、接地プレートアパーチャを備える、接地プレートと、
前記引き出しプレートに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、前記引き出しプレートにおいて、接地電位に対して正の直流自己バイアス電圧を定める、第２のRF発生器と、を備える処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、処理装置に関し、特に、電荷が中和されたイオンビームを供給することに関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンを用いて基板を処理するために使用する従来の装置は、ビームラインイオン注入機及びプラズマ浸漬イオン注入ツールを含む。双方は、ある範囲のエネルギーにわたり、イオンを注入するのに適切である。ビームラインイオン注入機において、イオンは、源から引出され、質量分析され、次いで、基板の表面へ送られる。プラズマ浸漬イオン注入装置において、プラズマが発生され、プラズマに隣接する同一のチャンバ内に、基板は配置される。基板はプラズマに対して負の電位で設定され、基板の正面でプラズマシースを横切るイオンは、基板の表面に垂直に対して、ゼロの入射角で、基板に衝突する。
【０００３】
最近、コンパクトなシステムのリボンビームなどのイオンビームの生成を可能にする新しいタイプの処理装置が開発されている。本装置において、イオンはプラズマチャンバから引出されるが、基板がイオン源から遠隔に配置されるビームラインイオン注入機とは異なって、基板はプラズマチャンバに近接して配置される。プラズマに近接して置かれる引き出しプレートの中に配置される特定の構造のアパーチャを通って、イオンが引出される。プラズマチャンバに、基板に対して正に直流電位でバイアスをかけることにより、イオンを、正のイオンでできているリボンビームとして、引出すことができる。基板を接地することができる間に、正のイオンの照射及び第２の電子放出から、基板の上に正の電荷を増大させることができる。したがって、既知のシステムにおいて、パルスの「オフ」期間中に、基板を中和することを可能にするために、パルス状の直流電圧を印加することができる。酸化物層を含む配置を有する半導体構造などのいくつかの基板に対して、基板の表面に蓄積された正の電荷は、高パルス周波数及び／又は低デューティサイクル動作であることを考慮に入れても、十分に中和されない可能性がある。その結果、エッチング又は他の基板処理のために、イオンを基板へ向けるときに、非均一なエッチパターンが基板の表面にわたって生じ得て、半導体構造の損傷が起こり得て、不十分な処理量をもたらす。
【０００４】
これらや他の考慮に対して、本実施態様が提供される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施態様において、処理装置は、プラズマを収容し、電気絶縁体を備える主要本体部分を有する、プラズマチャンバと、該プラズマチャンバの引き出し側面に沿って配置され、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、引き出しプレートと、前記プラズマチャンバの外側に配置され、前記引き出しアパーチャに隣接し、接地電位にある、基板ステージと、前記引き出しプレートに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、前記引き出しプレートにおいて、接地電位に対して正の直流自己バイアス電圧を定める、RF発生器と、を含む。
【０００６】
さらなる実施態様において、基板を処理する方法は、電気絶縁体を備える主要本体部分を有するプラズマチャンバを提供するステップと、前記プラズマチャンバの中にプラズマを発生するステップと、前記プラズマチャンバの引き出し側面に沿って引き出しプレートを提供するステップであって、該引き出しプレートは、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、ステップと、基板を保持する基板ステージを、前記プラズマチャンバの外側で、前記引き出しアパーチャに隣接して、配置するステップであって、前記基板ステージは接地電位にある、ステップと、RF電圧を前記引き出しプレートにおいて生成するステップと、を含んでもよく、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、接地電位に対して、前記引き出しプレートにおいて、正の直流自己バイアス電圧を定め、該正の直流自己バイアス電圧に比例するイオンエネルギーを有するイオンビームを、前記基板へ向ける。
【０００７】
追加の実施態様において、処理装置は、電気絶縁体を備える主要本体部分を有する、プラズマチャンバと、該プラズマチャンバに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中にプラズマを発生する第１のRF発生器と、前記プラズマチャンバの引き出し側面に沿って配置され、導電性であり、引き出しアパーチャを有する、引き出しプレートと、前記プラズマチャンバの外側に配置され、前記引き出しアパーチャに隣接し、接地電位にある、基板ステージと、前記引き出しプレートと前記基板ステージとの間に配置され、導電材料を備え、接地電位に連結され、さらに、接地プレートアパーチャを備える、接地プレートと、
前記引き出しプレートに電気的に連結され、前記プラズマチャンバの中に前記プラズマが存在するときに、前記引き出しプレートにおいて、接地電位に対して正の直流自己バイアス電圧を定める、第２のRF発生器と、を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の様々な実施形態による処理装置の変形を示す。
【図２−１】図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に関連する動作の原理を例示する例示的電圧波形を示す。
【図２−２】図２Ｃは、RF電圧を引き出しプレートに印加することにより、生成されるイオンエネルギー分布関数（iedf）を示す。図２Ｄは、直流自己バイアス電圧のRF電圧に対する変化を示す。
【図３】図３Ａは、本発明の実施形態によるイオンビーム引き出しのための引き出しシステムの形状及びシミュレーション結果を示す。図３Ｂは、図３Ａの引き出し形状と一致する、位置の関数としてのイオンビームの放射率のシミュレーションを示す。図３Ｃは、図３Ａの引き出し形状と一致する、イオンビームのイオン角度分布のシミュレーションを示す。図３Ｄは、図３Ａの引き出し形状と一致する、イオンビームのイオンビーム電流プロファイルのシミュレーションを示す。
【図４】図４Ａは、本発明の別の実施形態による装置の斜視図及びビームモデリングの結果を提供する。図４Ｂは、図４Ａの引き出し形状と一致する、ビームの放射率の曲線のモデリングの結果を提供する。図４Ｃは、図４Ａの引き出し形状と一致する、イオンビームのイオン角度分布のシミュレーションを示す。図４Ｄは、図４Ａの引き出し形状と一致する、イオンビームのイオンビーム電流プロファイルのシミュレーションを示す。
【図５】図５Ａは、本発明の別の実施形態による装置の斜視図を提供する。図５Ｂは、本発明の追加の実施形態による更なる装置の斜視図を提供する。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の様々な実施形態による引き出しプレート及び接地プレートに対する引き出し形状の詳細を示す。
【図７】例示的プロセスフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書で説明する実施形態は、コンパクトな装置で基板を処理するために、電荷が中和されたイオンビームを供給するための装置及び方法を提供する。特に、様々な実施形態は、電荷粒子の引き出しのためのアパーチャを有する引き出し光学電極にバイアスをかける無線周波数（RF）電圧を用いることができる。本実施形態の様々な技術及び装置は、表面の領域で非対称を有するRFによりバイアスをかけられた導体面がプラズマと接触させられるときに生じる、直流自己バイアスの生成の現象を、利用することができる。自己バイアスの生成のために、RFサイクル内の短いバースト中に、電子が断続的に引き出される間に、正のイオンは連続的に引き出すことができる。以下に詳細に説明するように、RFの周期は、既知のパルス状の直流システムにおいて用いられる周期（５０ｋHzの最大に達成できるパルス状周波数に対する２０マイクロ秒）より、もっと短い（１３．５６MHzに対する７０ナノ秒）ため、本実施形態により用意された装置は、処理される基板において、正の電荷のビルドアップをほとんど生成しなくすることができる。
【００１０】
RF電圧の抽出を用いる特定の実施形態において、処理装置は、既知のコンパクトなイオンビーム装置と比較して、簡略化することができる。例えば、基板が接地電位に維持される間に、イオン源として機能するプラズマチャンバは、電気的に浮動し得る、又は、接地電位にあり得るため、本明細書に開示したイオンビームの引き出し構造を用いて、絶縁変圧器を除去することができる。さらに、イオンビームエネルギー、ビーム電流、及び、他のイオンビーム特性における同調性を含む、パルス状の直流抽出システムの機能を保持しながら、高価なパルス状の直流電源を、既知のRF発生器及びマッチングネットワーク、又は、単一のRF発生器及びデュアル出力マッチングネットワークに置き換えることができる。
【００１１】
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の様々な実施形態による処理装置の変形を示す。図１Ａを参照するに、プラズマチャンバ１０２に基づくイオン源１０１を含む装置１００が示される。イオン源１０１は、RFプラズマ源、誘導結合プラズマ（ICP）源、容量結合プラズマ（CCP）源、ヘリコン源、電子サイクロトロン共鳴（ECR）源、傍熱型陰極（IHC）源、グロー放電源、又は、当業者に既知の他のプラズマ源とすることができる。図１Ａに示すこの特定の実施形態において、イオン源１０１は、ICP RF発生器１０６、及びICP RFマッチングネットワーク１０８を含むICP源である。RF発生器からガスの原子及び／又は分子へのRF電力の送信は、アンテナ１１０及び誘電体窓により行われ、誘電体窓はプラズマチャンバ１０２の主要本体部分１０４を形成する。ガス多岐管（図示せず）は、適切な、ガスライン、質量流量調整器及びガス注入口により、プラズマチャンバ１０２に接続することができる。イオン源１０１又は装置１００の他のコンポーネントも、また、回転ポンプ又は膜ポンプにより支えられたターボ分子ポンプなどの、真空システム（図示せず）に接続することができる。
【００１２】
図１Ａの実施形態において、プラズマチャンバ１０２は、電気絶縁体で作られている主要本体部分１０４を含む。主要本体部分１０４は、例えば、図示のプラズマチャンバ１０２の壁を含むことができる。プラズマチャンバ１０２は、さらに、引き出しプレート１１４を含み、引き出しプレートは導電性である。引き出しプレート１１４は引き出しアパーチャ１１６を含む。装置１００は、さらに、バイアスマッチングネットワーク１２０により、引き出しプレート１１４に連結されたバイアスRF発生器１１８を含む。マッチングネットワークは、RF出力ラインに直列の同調コンデンサを含み、同調コンデンサは、RF発生器により見られるインピーダンスを調整することの他に、RFプラズマシステムを通って流れる電流の直流成分を阻止する役割を有する。以下に詳細に説明するように、プラズマチャンバ１０２の中にプラズマ１１２が存在するときに、動作において、バイアスRF発生器は、引き出しプレート１１４において、正の直流自己バイアス電圧を定める。
【００１３】
装置１００は、さらに、引き出しプレート１１４と基板ステージ１２６との間に配置される接地プレート１２８を含み、基板ステージは、別個のチャンバ（明示せず）におけるなどのプラズマチャンバ１０２の外側に配置される。接地プレートは、さらに、接地プレートアパーチャ１３０を含み、引き出しアパーチャ１１６及び接地プレートアパーチャ１３０は、図１Ａにおいて示唆されるように、プラズマ１１２と基板ステージ１２６との間の視線を提供するように配置される。
【００１４】
手短に、バイアスRF発生器１１８により生成される正の直流自己バイアス電圧は、（正のイオンから成る）イオンビーム１２２を生成し、イオンビーム１２２を基板ステージ１２６により保持される基板１２４へ向ける効果を有する。同時に、以下に詳細に説明するように、引き出しプレート１１４において生成されるRF電圧は、プラズマ１１２から引出され、基板１２４へ向けられもする電子の短いバーストを創生することができる。電子の基板１２４へのこの供給は、電荷の中和化を提供するために役立つことができ、それ故に、過度の正の電荷は基板１２４の上で発生しない。明示されないが、基板ステージはＹ軸に沿って可動にすることができ、それ故に、基板１２４がスキャンされるときに、中和化する電子だけでなく、イオンビーム１２２にもさらすことができる。
【００１５】
図２Ａ及び図２Ｂを参照するに、本実施形態に関連する動作の原理を例示する例示的電圧波形が示される。様々な実施形態において、RF信号を非対称の電極構成に印加するときに、直流自己バイアス発生の現象を利用する。本発明の様々な実施形態により、引き出しプレート１１４及び接地プレート１２８の配置は、非対称の電極構成を提供し、RFによりバイアスされた導電非対称表面領域をプラズマ１１２に接触させる。例えば、図４Ｂに対して、以下に詳細に説明するように、引き出しプレート１１４は、プラズマに対し、接地プレート１２８より大きい表面を提供することができる。RF電力が引き出しプレート１１４に印加されるときに、電力を供給された電極（引き出しプレート１１４）の表面領域APWRと接地電極の表面領域（プラズマ１１２により「見られる」接地プレートの領域）AGNDとの間の大きい差のため、正の直流自己バイアスが、電力を供給された電極において、発現する。この現象は図２Ａ及び図２Ｂに例示され、図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、プラズマが存在しない場合及びプラズマが存在する場合の、引き出しプレート１１４上のRF電圧（Vrf）波形を示し、Vplはプラズマ電位の波形である。プラズマがなく直流バイアスが存在しない間に、静電電位極性は、０Vに対して対称に交代｝する正の部分及び負の部分を有する波形を示し、プラズマが存在するとき、正の直流バイアス（Vbias）が引き出しプレート１１４の電力を供給された電極の上に発現し、引き出しプレート１１４は、１サイクル中に、相対的｝に、より長い時間、正の電位にある。その結果として、プラズマ電位（図２Ａの破線の正弦関数の線）は、それ自体を調整し、引き出しプレート１１４上のRF電圧が最小値に達する瞬間に、ゼロの値に達する。図示の例において、RF電圧信号の頂点間振幅は６００Ｖであり、RF周波数は１３．５MHｚである。本例において、プラズマが存在するとき、図２Ｂに示すように、２５０Ｖの正の直流自己バイアスの結果となる。さらに、適切な動作を確実にするために、プラズマシースが形成されることを可能にするように、高過ぎることなく、しかし、非常に広いイオン分布又は表面帯電効果に導くように、低過ぎることなく、RF周波数が適切に選択される。
【００１６】
正の直流自己バイアスの発現を以下に説明することができる。RF信号を引き出し電極に印加するときに、電荷中性条件の結果として、バイアスマッチングネットワーク１２０の同調コンデンサの存在により、正味直流電流はない。結果として、電圧は、電力を供給された電極（引き出しプレート１１４）の前のシースの上で、降下し、接地電極（接地プレート１２８）は、どちらの電極の上でも、１サイクル中に、正味電荷が蓄積されないように、自己調整する。プラズマが存在するとき、プラズマは、引き出しプレート１１４の引き出しアパーチャ１１６を通してだけ、接地電極、接地プレート１２８を見ることができる。これにより、電力を供給された電極の接地電極に対する大きい表面積の比率（APWR/AGND）を効果的に定めることができる。例えば、引き出しプレート１１４は、各辺に数センチメートルの寸法を有することができ、数十の又は数百の平方センチメートルの表面積を提供する。プラズマに対する接地電極として、効果的に機能する接地プレート１２８の表面積は、引き出しアパーチャ１１６を通してプラズマ１１２にさらされる接地プレート１２８の面積だけとすることができる。以下に詳細に説明するように、この面積は、引き出しアパーチャ１１６の面積より少し小さくすることができる。様々な実施形態において、引き出しアパーチャ１１６は、図示のデカルト座標系のＸ軸に沿って数十センチメートルの寸法を有することができ、一方、Ｙ軸に沿って数ミリメートルの寸法を有し、例えば、１０cm2の全面積を生じる。したがって、接地プレート１２８の面積が数百cm2であるとき、APWR/AGNDの比率は１０／１より大きくすることができる。したがって、RF電圧のほとんどは、接地プレート１２８の前のシースの上で、降下し、これ故に、直流自己バイアスに等しい平均エネルギーを有する、正のイオンを連続的に引き出すことができ、一方、プラズマシースが崩壊する、すなわち、引き出しプレート１１４のRF電圧が負であるとき、電子は、時区間中のバーストにおいて、引き出すことができる。イオンの引き出しを可能にするために、引き出しアパーチャの高さは、プラズマシースの厚さのオーダーで適切にすることができ、
【数１】
2019519064.tif 000003
ここで、Teは電子温度を表し、λDは電子デバイ長を表す。
【００１７】
図２Ｂで詳細に説明したように、約７４nsの所定のRFの周期の間、Δteとして示す短い間隔又はバースト中、Vrfが負のときに、電子をプラズマ１１２から引出すことができる。本例において、Δteの継続時間は約１０〜１２nsにすることができるが、一方、プラズマに供給されるRF電力、ガス圧、RF周波数、APWR/AGND、及び、他のパラメータを含む実験条件を変えることにより、この継続時間を調整することができる。特に、アルゴンイオン又は他の処理イオンなどのイオンは、RF信号に反応しないで、連続した正の直流バイアスとして、Vbiasを「見る」だけであるため、イオンは、その間隔Δteの間中、引き出し続けることができる。言い換えれば、本実施形態により用いる周波数において、RF電磁界極性の交番に従うには、イオンは非常に重過ぎるため、直流自己バイアス電圧に等しい平均エネルギーを有するイオンビーム１２２として、イオンは引き出される。さらに、RF信号の周波数のため、電子のバースト間の間隔は、本例において、正の電荷の大容量が、基板１２４上に蓄積し、損傷を引き起こすには、不十分な時間である、〜７０nsにすぎない。
【００１８】
特に、図２Ｃに示すように、RF電圧を引き出しプレート１１４に印加することにより、生成されるイオンエネルギー分布関数（iedf）は、単一エネルギーではない。図２Ｃに示すように、イオンエネルギーはエネルギーの広がりを示し、エネルギーの広がりは、RFの周期とイオンがプラズマシースを通る通過時間との比率に比例する。したがって、より高いRF周波数は、より狭いiedfを生じる。通常用いられる２MHzから６０MHzのRF周波数に対する、特定のRF構成に依存して、iedfの幅は数十eVまでにすることができる。この範囲のイオンエネルギーは、フイルム又はコーティングを形成するための基板のエッチング又はイオンの堆積などの処理アプリケーションに、受け入れ可能にすることができる。本実施形態は、本文脈に限定されない。
【００１９】
さらに、イオンビーム１３２のイオンビームエネルギーは、直流自己バイアス電圧Vbiasを変えることにより、調整することができる。通常、Vbiasは、図２Ｄに示すように、Vrefのほぼ線形の関数である。特に、２つの電圧間の関係は、Vbias＝［（１−ａ）/（１＋ａ）］Vrefとして表すことができ、ａは、電力を供給された電極の接地電極に対する表面積の比率を含む非対称の因子である。因子「ａ」は０と１との間の値をとることができるため、その結果、ａがゼロであるとき、Vbiasの値はVrefに等しく、ａ＝１のとき、Vbias＝０である。RF電圧、したがって、引き出しプレート１１５上に印加されたRF電力を調整することにより、平均エネルギーを変えることができる。アンテナ１１０へ供給される電力量を変更することにより、ビーム電流を、順次、調整することができる。
【００２０】
適切な動作を確保するために、Ｚ軸に沿って１ｃｍ以内などの、引き出しプレート１１５のターゲット距離以内に、接地プレート１２８を配置することができる。この距離は、図示のように、方向１３２に沿って調整可能にすることができる。接地プレートがターゲット距離以内に配置されるとき、これにより、接地プレートが、上記のように、非対称の電極構成の第２の電極として、機能することを可能にする。さらに図１Ａに示すように、装置１００は、引き出しプレート１１５の平面と基板ステージ１２６の平面との間のＺ軸に沿う距離を調整する機能を提供する。基板１２４は第２の電極として機能しないため、所望であれば、Ｚ軸に沿って１ｃｍ以上の距離におけるなどの、プラズマチャン場１０２からもっと遠くに、基板１２４を配置することができる。
【００２１】
図３Ａは、本発明の実施形態による引き出しシステム３００の形状の詳細を示す。引き出しシステム３００は、引き出しプレート３１４及び接地プレート３２８を含むことができ、動作は、引き出しプレート１１４及び接地プレート１２８に対して説明した動作に類似である。図３Ａは、特定のセットの条件のイオンビーム３０２に対するイオンビーム引き出しのシミュレーション結果も示す。図３Ａのモデリング結果は、イオンビームの形状及び６００Ｖの直流自己バイアスの条件下の等電位線３３０も例示する。この形状において、引き出しプレート３１４は、Ｙ軸に沿って４ｍｍの高さを有する引き出しアパーチャ３１６を有し、一方、接地プレート３２８は、Ｙ軸に沿って２ｍｍの高さを有する接地プレートアパーチャ３３１を有する。
【００２２】
図３Ｂは、図３Ａの引き出し形状と一致する、基板面での位置の関数としてのイオンビームの放射率３３１のシミュレーションを示す。図示のように、イオンビーム３０２は、基板（ウェーハ）１２４において、Ｙ軸に沿って〜１２ｍｍ広がる〜４度/ｍｍの少し発散するビームである。
【００２３】
図３Ｃは、図３Ａの引き出し形状と一致する、イオンビーム３０２のイオン角度分布のシミュレーションを示す。図示のように、平均角度＝０度である、引き出したイオンビームのイオン角度分布３４０は、〜４度のイオン角度分布又は角拡散を有する。
【００２４】
図３Ｄは、図３Ａの引き出し形状と一致する、イオンビーム３０２のイオンビーム電流プロファイルのシミュレーションを示す。図示のように、ビーム電流プロファイル３５０は、ビーム電流の〜９０％がＹ軸に沿う〜４ｍｍの範囲で降下することを例示する。
【００２５】
特に、正確なビーム電流プロファイル及びイオンビーム３０２により衝突される基板１２４の領域は、基板１２４の位置を変えることにより、変えることができる。通常、図１Ａ及び図３Ａで例示される実施形態において、接地プレートを用いることにより、基板１２４を引き出しプレートに対して遠くに配置する機能が、追加の優位性を提供する。特に、イオンビームにより基板１２４からエッチングされ、プラズマチャンバの中へ進む材料の量を、基板を引き出しプレートのより近くに配置することができる既知のシステムに対して、大幅に低減することができる。例えば、エッチングされる材料の量は、Ｚ方向に沿う基板と引き出しとの間の距離の逆二乗として計ることができるため、距離が２倍になる場合、プラズマチャンバの中へ戻るエッチングされた材料の量は、４倍に低減する。
【００２６】
様々な実施形態において、Ｚ軸に沿う引き出しプレートと接地プレートとの間の分離は、局所のpd積（圧力×分離ギャップ長）に対するパッシェンブレークダウン条件により課される制限により、できるだけ小さくすることができる。圧力条件が数mTorrくらいの範囲に維持される場合、引き出しプレートと接地プレートとの間の１〜２ｍｍくらい小さい分離は、例えば、２〜３kVを超えない電圧に対して、用いることができる。引き出しプレートと接地プレートとの分離の上限の範囲に関して、類似の範囲の圧力及び電圧に対して、分離は、わずか９〜１０ｍｍにすることができ、なぜならば、そのような場合、より大きい分離が維持されるときに、その分離はプラズマシースの厚さを超え得るため、プラズマは接地電極を「感知する」ことができないからである。特に、これらの制限はプラズマ密度及びRF電圧の関数であり、より高い電圧及び／又は低いプラズマ密度は、結果として生じる、より大きいプラズマシースの厚さのため、より大きい分離に有利に作用する。例として、２〜３kVの引き出し電圧及び５×１０９〜１０１１の範囲のプラズマ密度に対して、引き出しプレートと接地プレートとの間の最大の１０ｍｍまでの分離は、なお、図２Ｂ又は図２Ｄに対して上記に示すように、直流自己バイアス電圧を生じる非対称の電極構成として、接地プレート及び引き出しプレートに機能させることができる。経験則として、引き出しプレートと接地プレートとの間のＺ軸に沿う分離は、Ｙ方向に沿う引き出しアパーチャの高さに等しくすることができる。接地プレートの外側の基板の配置に関しては、基板と引き出しプレートとの間の分離を増大することは、静電電位分布に影響を与えない。したがって、基板から引き出しアパーチャを通ってプラズマチャンバの中への材料のバックスパッタリングを低減するように、基板を引き出しプレートから更に離れて配置することができる。基板と引き出しプレートとの分離の上限に関しては、イオンビームの基板上への足跡は、所定のビームの発散に対して、分離と共に増大する。したがって、所定の例における基板の表面の一部へのビーム広がりを制限するために、基板と引き出しプレートとの間のより小さい分離が有用であり得る。図３Ａの例において、基板１２４を引き出しプレート３１４からｚ＝２５ｍｍに配置することができ、基板１２４は、なお、かなり小さいビームの足跡（十分に中性になったビームに対してＹ軸に沿って〜３０ｍｍ）を有することができる。
【００２７】
図１Ｂは、本発明の更なる実施形態による別の装置１５０を示す。装置１５０は、以下に言及することを除き、装置１００に類似して機能することができる。本変形において、２つの分離RF発生器を有する代わりに、RF発生器及びマッチングネットワークの数を低減するRF発生器１５２として示す、たった１つのRF発生器を提供する。さらに、デュアル出力マッチングネットワーク１５４が提供され、デュアル出力マッチングネットワーク１５４は、RF発生器１５２、引き出しプレート１１４、及び、プラズマチャンバ１０２に隣接するRFアンテナ（アンテナ１１０）に連結される。このように、RF発生器１５２は、上記のように、プラズマチャンバ１０２の中でプラズマ１１２を発生し、引き出しプレート１１４において、直流自己バイアスを発生する機能をする。
【００２８】
さて、図１Ｃを見るに、本発明の他の実施形態による追加の装置、装置１６０が示される。装置１６０は、装置１６０が接地プレート１２８を除外することができることを除き、通常、装置１００に対して上記したように、同一のコンポーネントを含むことができる。代わりに、本実施形態において、基板１２４は、非対称の電極構成において、接地電極として作動することができる。本構成において、引き出しアパーチャ１１６は、プラズマ１１２により見られる接地プレート１２８の領域を画定するように役立つため、接地電極の領域は引き出しアパーチャ１１６の領域に等しくすることができる。さらに、基板１２４はプラズマ１１２のための接地電極として作動することであるため、基板ステージ１２６は、図１Ａの構成におけるよりも、引き出しプレート１１４により近くに配置することができる。
【００２９】
さて、図１Ｄを見るに、本発明の更なる実施形態による追加の装置、装置１８０が示される。装置１８０は、装置１８０が接地プレート１２８を除外することができることを除き、通常、装置１５０に対して上記したように、同一のコンポーネントを含むことができ、それ故に、基板１２４は、図１Ｃに対して説明したように、接地電極として作動する。
【００３０】
図４Ａは、本発明の実施形態による引き出しシステム４００の形状の詳細を示す。引き出しシステム４００は、引き出しプレート４１４を含むことができ、動作は、引き出しプレート１１４に対して説明した動作と類似である。図４Ａは、特定のセットの条件でのイオンビーム４０２に対するイオンビームの引き出しのシミュレーションの結果も示す。図４Ａのモデリングの結果は、イオンビームの形状、及び、２kVの直流自己バイアスの条件下の等電位線３３０も例示する。この形状に対して、引き出しプレート４１４は、Ｙ軸に沿って４ｍｍの高さを有する引き出しアパーチャ４１６を有し、一方、基板１２４は、Ｚ軸に沿って、引き出しプレート４１４に対して、Ｚ＝７ｍｍの位置に配置される。本シミュレーションにおいて、基板１２４は、引き出し光学系の一部を形成し、基板１２４は、上記のように、非対称の電極構成の接地電極として作動する。
【００３１】
図４Ｂは、図４Ａの引き出し形状と一致する、基板平面における位置の関数としてのイオンビームの放射率４３１のシミュレーションを示す。図示のように、イオンビーム４０２は、基板（ウェーハ）１２４においてＹ軸に沿って〜２ｍｍ広がる〜−２度/ｍｍの少し発散するビームである。
【００３２】
図４Ｃは、図４Ａの引き出し形状と一致する、イオンビーム４０２のイオン角度分布のシミュレーションを示す。図示のように、平均角度＝０度である、引き出したイオンビームのイオン角度分布４４０は、〜２度のイオン角度分布又は角拡散を有する。
【００３３】
図４Ｄは、図４Ａの引き出し形状と一致する、イオンビーム４０２のイオンビーム電流プロファイルのシミュレーションを示す。図示のように、ビーム電流プロファイル４５０は、ビーム電流の〜９５％がＹ軸に沿って〜６ｍｍの範囲で降下することを例示する。
【００３４】
図５Ａは、本発明の別の実施形態による装置５００の斜視図を提供する。装置５００は、上記のように、RF発生器及びマッチングネットワークなどの他のコンポーネントを含むことができる。装置５００は、誘電体壁５０２を含むプラズマチャンバ５０１を含み、誘電体壁５０２は、アルミナ、石英、窒化アルミニウム、又は、他の材料から作ることができる。アンテナ５０４は、プラズマチャンバ５０１内の誘導結合ｘプラズマを駆動するために、プラズマチャンバ５０１の周りに配置される。装置５００は、プラズマチャンバ５０１の側面に沿って配置される引き出しプレート５０６を含む。図１Ａ〜１Ｄに対して一般的に説明したように、引き出しプレート５０６は、電導材料から作ることができ、RF発生器に連結することができる。本実施形態において、引き出しプレート５０６は、プラズマチャンバ５０１の引き出し側面５０５の全体部分を占めることができる。さらに図５Ａに示すように、引き出しプレート５０６は、第１の長軸を有する第１の細長いアパーチャを構成する引き出しアパーチャ５１０を含むことができ、第１の長軸はＸ軸に沿っている。装置５００は、さらに、接地プレートアパーチャ５１２を有する、接地プレート５０８を含むことができ、接地プレートアパーチャ５１２は、第１の長軸に平行に並ぶ第２の長軸を有する第２の細長いアパーチャを構成する。このように、イオンは、プラズマチャンバ５０１からリボンビームとして引き出すことができ、リボンビームとして、接地プレート５０８を通って伝搬し続けることができる。
【００３５】
図５Ｂは、本発明の追加の実施形態による別の装置５２０の斜視図を提供する。装置５２０は、注記がなければ、装置５００に類似のコンポーネントを有することができる。装置５２０は、引き出し側面を除いて、プラズマチャンバ５０１に類似のプラズマチャンバ５２１を含むことができる。本例において、プラズマチャンバ５２１の引き出し側面５２５は、引き出しプレート５２４の周りに配置されるプレートなどの非導電部分５２２を備え、引き出しプレート５２４は、導電性であり、前述の実施形態において、一般的に述べたように動作する。本実施形態は、プラズマチャンバ５２１を提供し、プラズマチャンバ壁のより大きい割合は、非導電性であり、チャンバ壁に対し低減したプラズマ損失、及び、所定の入力電力に対し、より高いプラズマ密度をもたらす。
【００３６】
さて、図６Ａ及び図６Ｂを見るに、本発明の様々な実施形態による引き出しプレート６０６及び接地プレート６０８に対する引き出し形状の詳細が示される。図に示す透視図は、プラズマチャンバの内側から基板へ向けている。引き出しプレート６０６は、図示のように、Ｘ軸に沿って細長い引き出しアパーチャ６１２を含む。いくつかの実施形態において、引き出しアパーチャ６１２は、Ｘ軸に沿って類似の寸法の基板１２４の全体をカバーするのに十分な、Ｘ軸に沿う３０ｃｍ、４０ｃｍ、又はもっと大きく広がることができる。したがって、基板１２４をＹ軸に沿ってスキャンするとき、基板１２４の全体を、引き出しアパーチャ６１２を通って放出される種にさらすことができる。図６Ｂに特に示すように、引き出しアパーチャ６１２は、第１の長軸（Ｘ軸）に垂直な短軸（Ｙ軸）に沿って第１の高さＨ１を有することができる。様々な実施形態において、プラズマチャンバに対して印加されるRF電力に依存して、プラズマシースの厚さは、数百マイクロメートルから数ミリメートルまで及ぶことができる。したがって、第１の高さＨ１は、例えば、５ミリメートルより低く配置することができる。さらに、接地プレートアパーチャ６１４は、細長いアパーチャでもあり、第１の高さより低い短軸に沿う第２の高さＨ２を備える。例えば、Ｈ１は４ｍｍにすることができ、一方、Ｈ２は１．５ｍｍである。実施形態は、本文脈に限定されない。さらに図４Ｂに示されるように、接地プレートアパーチャ６１４は、Ｘ−Ｙ平面に投影されるように、必要ではないが、引き出しアパーチャ６１２の中心に置くことができる。この配置により、プラズマから基板１２４への視線を可能にし、イオンビームが、Ｚ軸に平行な方向に、プラズマから基板１２４へ伝搬することを可能にする。
【００３７】
特に、図６Ｂに示す形状において、非対称の電極構成の相対的面積を、以下のように、決定することができる。引き出しプレート６０６は第１の面積Ａ１を有することができ、一方、引き出しアパーチャ６１２は第２の面積Ａ２を備える。上述のとおり、第２の面積Ａ２は、第１の面積Ａ１の１０％より小さいなどの、第１の面積Ａ１より、非常に小さくすることができる。さらに、接地プレートアパーチャは、第２の面積Ａ２より小さい第３の面積Ａ３を有することができる。様々な実施形態により、接地電極の実効面積はＡ２−Ａ３である。この計算は、プラズマが接地プレート６０８の露出｝領域６０９を見るだけであるために生じ、この露出領域６０９は、接地プレート６０８の平面上に投影される引き出しアパーチャ６１２の面積から、接地プレートアパーチャ６１４により画定される開口の面積を引いたものである。特定の実施形態により、引き出し電極、引き出しアパーチャ及び接地電極アパーチャの相対的サイズは、Ａ１／（Ａ２−Ａ３）が１０以上であるように設定することができる。
【００３８】
図７は例示的プロセスフロー７００を示す。ブロック７０２において、プラズマチャンバが提供され、プラズマチャンバは、電気絶縁体を備える主要本体部分を含む。主要本体部分は、いくつかの例において、プラズマチャンバ壁の表面領域の大多数をカバーすることができる。ブロック７０４において、引き出しプレートが、プラズマチャンバの引き出し側面に沿って、提供され、実施される。引き出しプレートは、導電性にすることができ、異なる実施形態において、引き出し側面の全部又は一部にわたって延びることができる。ブロック７０６において、基板を保持する基板ステージを、プラズマチャンバの外側で、引き出しプレートの引き出しアパーチャに隣接して、配置し、基板ステージは接地電位にある。基板ステージは接地電位にまた維持される基板を保持することができる。ブロック７０８において、接地プレートは、引き出しアパーチャと基板ステージとの間に配置され、接地プレートは、導電材料を備え、接地電位に連結される。接地プレートは、引き出しアパーチャと共に、プラズマチャンバと基板との間の視線を提供する接地プレートアパーチャを含むことができる。接地プレートは、非対称の電極構成における接地電極として作動するように、引き出しプレートのターゲット距離内に配置することができる。ブロック７１０において、プラズマチャンバの中にプラズマを発生する。ブロック７１２において、RF電圧を引き出しプレートにおいて生成し、プラズマチャンバの中にプラズマが存在するときに、接地電位に対して、引き出しプレートにおいて、正の直流自己バイアス電圧を定める。
【００３９】
本実施形態は、絶縁変圧器の必要なく、プラズマチャンバを高電圧に引き上げる必要もなく、コンパクトな処理装置において、イオンビームを基板へ送る機能を含む多数の優位性を提供する。さらに、様々な実施形態は、高価なパルス状の直流電源を業界標準のRFシステムに取り換えさせる。他の優位性は、従来のパルス状の直流処理装置に比べて、コンパクトなイオンビーム処理装置において、基板に十分な中性化を提供する機能を含む。
【００４０】
本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本発明は、特定の環境における特定の目的のための特定の実装の文脈にて本明細書中で説明したけれども、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本発明は任意の数の環境における任意の数の目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する特許請求の範囲は本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈しなければならない。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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